一种基于声波远探测的矿井自调节脉动压裂方法技术

本发明专利技术公开了一种基于声波远探测的矿井自调节脉动压裂方法，先布设自调节脉动压裂系统，并在压裂管上划分多个监测段，然后以煤层渗透率作为考察参量设置压裂效果标准，并设定初始脉动压裂参数及其自调节程序；然后开始煤层脉动水力压裂，在压裂过程中通过循环获取各个监测段的煤层渗透率，并且将每次循环的煤层渗透率中最小值判断是否小于0.5mD，若是，则保持初始脉动频率和初始脉动压力幅值不变，自动增大泵入流量；若否，则保持当前泵入流量，自动增大脉动频率和脉动压力幅值；最终实时调整压裂参数完成煤层压裂。既能从根本上解决压裂过程中缝网发育的不均匀性问题，又能减少了工程施工量，有效提高了经济效益。有效提高了经济效益。有效提高了经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声波远探测的矿井自调节脉动压裂方法


[0001]本专利技术涉及瓦斯抽采
，特别是涉及一种基于声波远探测的矿井自调节脉动压裂方法。

技术介绍

[0002]我国煤层气资源丰富，煤层地质结构较为复杂，高瓦斯煤层普遍裂隙发育不充分，透气性较低，严重影响着煤矿的安全生产，因此煤层的高效增透抽采是降低瓦斯危害保证煤矿安全生产以及煤层气资源高效利用的关键。
[0003]目前水力压裂技术在煤层增透方面发挥着主导作用，形成了较为成熟的技术体系，成为了煤层气增产的有效途径。其中脉动水力压裂可以有效降低煤层起裂压力，使煤体形成复杂裂隙网络，在煤层增透方面拥有更大的优势。但是此方法在煤层压裂作业中还存在以下技术问题：
[0004](1)对于增透效果的考察还只停留在根据压裂前后瓦斯抽采量对比、钻取控制孔观察进行评价，考察方法的效果具有一定局限性。
[0005](2)无法在压裂过程中对煤层缝网情况进行实时监测，进而导致无法对压裂效果进行定量化表征。
[0006](3)由于上述说明的不能实时监测煤层缝网情况，导致不能对压裂过程中脉动压裂参数进行实时调控，从而导致缝网发育的不均匀性问题。
[0007](4)现有的技术进行高效增透需要打设更多钻孔进行压裂或者打设监测孔进行考察，均存在施工工程量大的问题，极大降低了经济效益。
[0008]基于上述原因，如何提供一种新的方法，使其能在压裂形成煤层缝网过程中实时监测缝网的发育情况，并能根据缝网发育情况实时调整脉动压裂的参数，最终保证压裂后形成的煤层缝网均具有较好的透气性，另外仅需一个钻孔即能实现增透效果的评价及煤层压裂过程，便于施工，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

[0009]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于声波远探测的矿井自调节脉动压裂方法，能在压裂形成煤层缝网过程中实时监测缝网的发育情况，并能根据缝网发育情况实时调整脉动压裂的参数，最终保证压裂后形成的煤层缝网均具有较好的透气性，另外仅需一个钻孔即能实现增透效果的评价及煤层压裂过程，便于施工。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于声波远探测的矿井自调节脉动压裂方法，具体步骤为：
[0011]A、布设自调节脉动压裂系统：在压裂管外表面划分多个监测段，每个监测段内均设有一个声波发射装置和声波接收装置，利用钻机向目标煤层钻取压裂孔，接着将压裂管一端伸入压裂孔内一定深度，压裂管另一端处于压裂孔外部，各个声波发射装置和各个声波接收装置通过连接线与压裂孔外部的声波分析反演系统连接，在压裂孔的孔口处于设置
封孔器，对压裂孔与压裂管外壁之间密封，使压裂孔内部形成密闭空间；压裂管另一端与高压脉动泵的出口连接，高压脉动泵的进口通过管路与水槽连接，水槽与高压脉动泵之间的管路上装有球形阀门，压裂参数控制系统通过连接线分别与高压脉动泵和声波分析反演系统连接，从而完成自调节脉动压裂系统的布设；
[0012]B、设定脉动压裂参数及煤层渗透率标准：以煤层渗透率作为考察参量设置压裂效果标准，设定煤层渗透率标准值，并将该煤层渗透率标准值存储在压裂参数控制系统内，同时在压裂参数控制系统内设置压裂过程中初始脉动压裂参数及其自调节程序，所述初始脉动压裂参数包括初始脉动频率、初始泵入流量和初始脉动压力幅值，完成设定过程；
[0013]C、声波监测煤层渗透率及自调节脉动压裂：开启高压脉动泵和球形阀门，同时打开声波分析反演系统和压裂参数控制系统，压裂参数控制系统控制高压脉动泵以初始压裂参数将水槽内的水经过压裂管泵送至压裂孔内，开始进行脉动压裂煤层；在压裂过程中，先将其中一个监测段内声波发射装置和声波接收装置同时开启，声波发射装置向当前监测段压裂孔周围煤层发射声波，声波经过煤层内部裂隙反射后被声波接收装置接收，该声波接收装置将接收的声波数据传递给声波分析反演系统经过分析处理后，得出该监测段周围的煤层渗透率；然后同时关闭该监测段内声波发射装置和声波接收装置，并再选择一个监测段，重复上述监测段获取煤层渗透率的过程，获得当前选择监测段周围的煤层渗透率，如此对各个监测段的煤层渗透率完成一个循环获取过程；声波分析反演系统将分析得出该次循环中各个监测段的煤层渗透率实时传递给压裂参数控制系统，压裂参数控制系统先将该次循环中各个监测段的煤层渗透率最小值选出，判断该次循环获取的煤层渗透率最小值是否小于0.5mD，
[0014]若是，则压裂参数控制系统保持初始脉动频率和初始脉动压力幅值不变，根据自动调节程序设定自动增大泵入流量，从而提升压裂孔内的峰值压力，使各个监测段开始完成下一个循环获取过程；
[0015]若否，则压裂参数控制系统保持当前泵入流量，以初始脉动频率和初始脉动压力幅值为基础，根据自动调节程序设定自动增大脉动频率和脉动压力幅值，使各个监测段开始完成下一个循环获取过程；
[0016]D、压裂完成后封孔：待某次循环获取各个监测段的煤层渗透率最小值超过设定的煤层渗透率标准值时，压裂参数控制系统自动控制高压脉动泵停止，最后手动关闭球形阀门、声波分析反演系统和压裂参数控制系统，并将压裂管取出进行封孔，完成该目标煤层的压裂过程。
[0017]进一步，所述煤层渗透率标准值处于0.8～1.8mD范围以内。设置这个范围，能在煤层渗透率达标后，保证煤层缝网均具有较好的透气性。
[0018]进一步，所述步骤B中自调节程序具体为：当保持脉动频率和脉动压力幅值不变、仅增大泵入流量时，泵入流量以50ml/min的速度增加；当保持泵入流量不变、同时增大脉动频率和脉动压力幅值时，脉动频率和脉动压力幅值分别以6Hz/min、2MPa/min的速度增加。采用这种自调节程序参数，能有效满足压裂所需的脉动力，从而保证压裂效果。
[0019]进一步，所述初始脉动压裂参数中初始脉动频率为10Hz、泵入流量为500ml/min、脉动压力幅值为6MPa。采用这个压裂参数能更好的满足压裂要求。
[0020]进一步，所述声波发射装置包括上部发射器和下部发射器，上部发射器和下部发
射器对称设置在压裂管外表面，所述上部发射器包括上部发射探头和上部弹簧固定座，上部发射探头通过上部弹簧固定座装在压裂管外表面，所述下部发射器包括下部发射探头和下部弹簧固定座，下部发射探头通过下部弹簧固定座装在压裂管外表面，使上部发射探头和下部发射探头发射声波的方向相反；所述声波接收装置包括上部接收器和下部接收器，上部接收器和下部接收器对称设置在压裂管外表面，所述上部接收器包括上部接收探头和上部弹簧座，上部接收探头通过上部弹簧座装在压裂管外表面，所述下部接收器包括下部接收探头和下部弹簧座，下部接收探头通过下部弹簧座装在压裂管外表面，使上部接收探头和下部接收探头接收声波的方向相反。采用这种结构能在压裂管放入压裂孔内后声波发射装置和声波接收装置各自的探头通过弹簧压缩力均能压紧在压裂孔内壁，便于后续声波向周围煤层的发射及接收，另外采用两个相反设置的发射探头及接收探头，从而能对压裂孔周围各个方位的煤层进行探测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声波远探测的矿井自调节脉动压裂方法，其特征在于，具体步骤为：A、布设自调节脉动压裂系统：在压裂管外表面划分多个监测段，每个监测段内均设有一个声波发射装置和声波接收装置，利用钻机向目标煤层钻取压裂孔，接着将压裂管一端伸入压裂孔内一定深度，压裂管另一端处于压裂孔外部，各个声波发射装置和各个声波接收装置通过连接线与压裂孔外部的声波分析反演系统连接，在压裂孔的孔口处于设置封孔器，对压裂孔与压裂管外壁之间密封，使压裂孔内部形成密闭空间；压裂管另一端与高压脉动泵的出口连接，高压脉动泵的进口通过管路与水槽连接，水槽与高压脉动泵之间的管路上装有球形阀门，压裂参数控制系统通过连接线分别与高压脉动泵和声波分析反演系统连接，从而完成自调节脉动压裂系统的布设；B、设定脉动压裂参数及煤层渗透率标准：以煤层渗透率作为考察参量设置压裂效果标准，设定煤层渗透率标准值，并将该煤层渗透率标准值存储在压裂参数控制系统内，同时在压裂参数控制系统内设置压裂过程中初始脉动压裂参数及其自调节程序，所述初始脉动压裂参数包括初始脉动频率、初始泵入流量和初始脉动压力幅值，完成设定过程；C、声波监测煤层渗透率及自调节脉动压裂：开启高压脉动泵和球形阀门，同时打开声波分析反演系统和压裂参数控制系统，压裂参数控制系统控制高压脉动泵以初始压裂参数将水槽内的水经过压裂管泵送至压裂孔内，开始进行脉动压裂煤层；在压裂过程中，先将其中一个监测段内声波发射装置和声波接收装置同时开启，声波发射装置向当前监测段压裂孔周围煤层发射声波，声波经过煤层内部裂隙反射后被声波接收装置接收，该声波接收装置将接收的声波数据传递给声波分析反演系统经过分析处理后，得出该监测段周围的煤层渗透率；然后同时关闭该监测段内声波发射装置和声波接收装置，并再选择一个监测段，重复上述监测段获取煤层渗透率的过程，获得当前选择监测段周围的煤层渗透率，如此对各个监测段的煤层渗透率完成一个循环获取过程；声波分析反演系统将分析得出该次循环中各个监测段的煤层渗透率实时传递给压裂参数控制系统，压裂参数控制系统先将该次循环中各个监测段的煤层渗透率最小值选出，判断该次循环获取的煤层渗透率最小值是否小于0.5mD，若是，则压裂参数控制系统保持初始脉动频率和初始脉动压力幅值不变，根据自动调节程序设定自动增大泵入流量，从而提升压裂孔内的峰值压力，使各个监测段开始完成下一个循环获取过程；若否，则压裂参数控制系统保持当前泵入流量，以初始脉动频率和初始脉动压力幅值为基础，根据自动调节程序设定自动增大脉动频率和脉动压...

【专利技术属性】
技术研发人员：余旭，陈爱坤，翟成，朱薪宇，李宇杰，洪磊，程忠武，吴宇辰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：